CN105765854B

CN105765854B - 振动发电装置、振动监视装置及系统

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Publication number: CN105765854B
Application number: CN201480062504.4A
Authority: CN
Inventors: 胜村英则; 加贺田博司; 田村昌也; 长谷川浩; 长谷川浩一; 栗熊甫
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd; Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd; Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2017-10-13
Anticipated expiration: 2034-12-08
Also published as: US20160043663A1; JP5934926B2; JPWO2015087537A1; DE112014005629B4; DE112014005629T5; WO2015087537A1; US9729087B2; CN105765854A

Abstract

振动发电装置包括安装在振动部件(101)上的振动系统(110)。振动系统(110)具有第一振动系统(111)和安装于第一振动系统(111)的第二振动系统(112)。第一振动系统(111)包括安装在振动部件(101)上的弹性部件(131)和安装在弹性部件(131)上的第一质量部件(132)。第二振动系统(112)包括与压电元件(153)形成为一体的板簧(151)和安装在板簧(151)上的第二质量部件(152)。第一振动系统(111)的谐振频率与第二振动系统(112)的谐振频率大致相等。

Description

振动发电装置、振动监视装置及系统

技术领域

本发明涉及一种振动发电装置、振动监视装置及系统。

背景技术

压电元件是一种通过向特定方向施加压力来感应出电极化现象从而产生电压的元件。能够通过用压电元件将机械位移转换为电压从而发电。较为普遍的机械位移有振动。如果能够利用振动来发电，则几乎所有场所不准备电源就能够使电子设备工作。

作为利用振动来发电的方法，有利用将压电元件安装在振动板上的振动压电体的方法。然而，在该方法中，当振动压电体的谐振频率与振动的频率一致的情况下能够得到较大的机械位移而能够发电，但是如果谐振频率偏离振动的频率，则几乎不能发电。因此，提出了一种利用谐振频率不同的多个振动压电体来扩大能够发电的振动的范围的方案(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本公开专利公报特开2011－152004号公报

发明内容

－发明所要解决的技术问题－

然而，上述的现有方法需要多个振动压电体。并且，每个振动压电体所对应的频率范围较窄，因此即使设置多个振动压电体，也难以覆盖较广的频带。

本发明的目的在于：能够实现具有较宽带宽的发电特性的振动发电装置。

－用以解决技术问题的技术方案－

在本发明所涉及的振动发电装置的一方式中，包括安装在振动部件上的振动系统，振动系统具有第一振动系统和安装于第一振动系统的第二振动系统，第一振动系统包括安装在振动部件上的弹性部件和安装在弹性部件上的第一质量部件，第二振动系统包括与压电元件形成为一体的板簧和安装在板簧上的第二质量部件，第一振动系统的谐振频率与第二振动系统的谐振频率大致相等。

在振动发电装置的一方式中，还可以为：第二振动系统的谐振响应倍率大于第一振动系统的谐振响应倍率，第一质量部件的质量与第一振动系统的谐振响应倍率的乘积大于第二质量部件的质量与第二振动系统的谐振响应倍率的乘积。

在振动发电装置的一方式中，还可以为：第一质量部件的质量在第二质量部件的质量的5倍以上。

在振动发电装置的一方式中，还可以为：第二振动系统的谐振频率在第一振动系统的谐振频率的90％以上110％以下。

在振动发电装置的一方式中，还可以为：压电元件包括设置在板簧的表面上的压电膜，压缩应力施加在压电膜上。

在振动发电装置的一方式中，能够调整第二质量部件在板簧上的位置。

在振动发电装置的一方式中，还可以为：第一振动系统包括安装在第一质量部件上的调整用质量部件。

在本发明所涉及的振动监视装置的一方式中，包括本发明的振动发电装置和由振动发电装置驱动的信号发送装置。

在振动监视装置的一方式中，振动部件在正常工作时产生第一频带的振动，能够将振动系统的谐振频率设定在第一频带内。

在振动监视装置的一方式中，还可以为：振动部件在异常时产生第二频带的振动，将振动系统的谐振频率设定在第二频带内。

本发明所涉及的振动监视系统的一方式中，包括本发明的多个振动监视装置，振动部件具有产生不同频带的振动的多个状态，在多个振动监视装置中，振动系统的谐振频率与振动部件的不同状态对应。

－发明的效果－

根据本发明所涉及的振动发电装置，得到具有较广的带宽的发电特性，并能够效率良好地发电。

附图说明

图1是表示一实施方式所涉及的振动发电装置的剖视图。

图2是用于说明一实施方式所涉及的振动发电装置的振动模型。

图3是表示一实施方式所涉及的振动发电装置的发电特性之一个例子的曲线图。

图4是表示一实施方式所涉及的振动发电装置的发电特性之一个例子的曲线图。

图5是表示一实施方式所涉及的振动发电装置的发电特性之一个例子的曲线图。

图6是表示一实施方式所涉及的振动监视装置的框图。

具体实施方式

一实施方式所涉及的振动发电装置具有如图1所示的结构。如图1所示，本实施方式的振动发电装置100包括振动系统110，振动系统110经由粘接部件102安装在振动部件101上。对于使用振动发电装置100的方向没有限制，在以下的叙述中，将振动部件101侧作为下、将振动部件101的相反侧作为上，来进行说明。

振动部件101包括产生振动的所有物体。例如有：包括运输机械、工作机械和家电产品等的机械类及其构成零件。例如包括汽车、电车、飞机、冰箱以及洗衣机等。此外，包括用于这些设备上的主体、发动机、电动机、轴、消声器、缓冲器、轮胎、压缩机以及风扇(fan)等。还包括：包括大楼、道路及桥梁等在内的建筑物以及这些建筑物所附带的柱体、壁和地面等结构部件，以及升降机和管道等设备等。

振动系统110具有第一振动系统111和第二振动系统112。第一振动系统111具有安装在振动部件101上部的弹性部件131和安装在弹性部件131上的第一质量部件132。只要是能够将第一质量部件132弹性连结在振动部件101上的，都可以用作弹性部件131。在图1中示出了弹性部件131为矩形块状橡胶弹性体的例子。虽然示出了将弹性部件131与振动部件101经由粘接部件102粘接的例子，然而还可以通过螺栓等来将它们连结。弹性部件131无需是专用部件，还可以将振动部件的构成物的一部分用作弹性部件131。例如，当振动部件101为汽车的情况下，可以将设置在汽车上的减振用动态阻尼器(dynamic damper)的弹性部用作弹性部件131。

第一质量部件132是用于设定第一振动系统111的固有谐振频率的质量部件。在图1中，第一质量部件132具有凹部132a，第二振动系统112收放在凹部132a中。此外，盖体132A覆盖凹部132a，从而能够密封凹部132a。

基于所需的第一振动系统111的固有谐振频率来决定第一质量部件132的质量m₁即可。但是，能够将包括盖体132A的第一质量部件132的质量m₁设定成振动部件101的等效质量M的10％以上的值(m₁≥0.1×M)。这样一来，第一质量部件132充分地影响振动部件101的振动状态，从而起到动态阻尼器的功能。由此振动相抵，从而能够得到振动部件101的振动降低这样的效果。但是，振动发电装置100还可以不具有动态阻尼器等减振装置的功能。在该情况下，第一质量部件132的质量m₁还可以小于振动部件101的等效质量M的10％。

虽然没有特别的限制，然而第一质量部件132能够由密度大的材料形成。例如，能够使用铁。弹性部件131与第一质量部件132可通过螺栓等连结，或者能够通过粘接剂等粘接。

第二振动系统112具有弹性部件亦即板簧151、设置在板簧151的一个面上的压电元件153以及第二质量部件152。板簧151可以是由弹簧钢或者弹簧用不锈钢等形成的长板状金属部件。板簧151的一个端部经由固定部件154安装在第一质量部件132上。第二质量部件152安装在板簧151的另一个端部。因此，第二质量部件152通过板簧151与第一质量部件132弹性连结。因此，第二质量部件152相对于第一质量部件132的相对位移是因第二质量部件152在板簧151的板厚方向上的弹性变形而产生的。这样，第一振动系统111和第二振动系统112构成双重自由度的振动系统110。

在图1中，在长方体状固定部件154的侧面上安装有板簧151，固定部件154的底面安装在凹部132a的底面上。然而，本发明并不限于此，只要第二振动系统112以其振动方向与第一振动系统111的振动方向相一致的方式安装在第一振动系统111上即可。振动方向相一致是指：无论振动的相位如何，主要振动的方向都一致。主要振动的方向是指位移最大的方向。方向相一致是指：方向的偏差在±30°以内，优选在±20°以内，更优选在±10°以内。

第二质量部件152是用于设定第二振动系统112的固有谐振频率的质量部件。基于所需要的第二振动系统112的固有谐振频率来决定第二质量部件152的质量m₂即可。但是，优选将第二质量部件152的质量m₂设定成如下：第一振动系统111的固有频率下的响应倍率(谐振响应倍率)X充分小于第二振动系统112的固有频率下的响应倍率(谐振响应倍率)Q并且第一质量部件132的质量m₁充分大于第二质量部件152的质量m₂，并满足m₁×X＞m₂×Q这样的关系。通过这样设定，能够得到获得较大输出功率的带宽进一步扩大这样的效果。此外，通过将第一质量部件132的质量m₁设定成第二质量部件152的质量m₂的5倍以上的值，能够进一步扩大该效果。

在图1中，第二质量部件152安装在板簧151的端部，但是能够任意地改变第二质量部件152的安装位置。通过改变第二质量部件152在板簧151上的位置，能够调整第二振动系统112的固有谐振频率。此外，第二质量部件152还能够设置在板簧151上的与压电元件153相反的一侧。第二质量部件152能够通过粘接材等安装在板簧151上。此外，还能够通过螺栓等进行固定，以便能够调整安装位置。

压电元件153具有下部电极156、上部电极157以及夹在下部电极156与上部电极157之间的压电体层158。从振动部件101施加到第一质量部件132的外力被传递至第二质量部件152。由此，第一质量部件132与第二质量部件152之间产生相对位移，板簧151发生弹性变形。由于压电元件153与板簧151形成为一体，因此由第一质量部件132与第二质量部件152之间的相对位移所引发的振动能被输入至压电元件153。由此，压电元件153与板簧151一起变形，从而产生电压。因此，本实施方式的振动发电装置根据第一质量部件132与第二质量部件152之间的相对位移量，来将振动能转换成电能。

能够通过与下部电极156和上部电极157分别连接的引线159获取在压电元件153上生成的电压。通过将引线159与电路连接，能够利用在压电元件153生成的电压来驱动电路。电路没有特别限制，可以是整流电路、DC/DC变换电路、蓄电电路、传感器电路或者无线收发电路等。

压电体层158能够使用由陶瓷材料或者单晶体材料等形成的膜。例如，能够使用由钛酸锆酸铅、氮化铝、钽酸锂、铌酸锂等形成的膜。压电体层158能够使用施加了压缩应力的膜。由此，能够使压电体层158较大幅度地变形。

压电元件153例如能够通过以下方式形成。首先，向由含有少量铝的SUS430等耐热性不锈钢板形成的板簧151的主面上网板印刷银－钯合金浆糊层。接下来，将含有压电材料组成粉的压电材料浆糊层网板印刷在银－钯合金浆糊层上。接下来，将银－钯合金浆糊层网板印刷在压电材料浆糊层上，从而形成未烧结元件。接下来，将未烧结元件布置在烧成匣钵中并在875℃下烧成2个小时。由此，将银－钯浆糊层和压电材料浆糊层烧结以使它们致密化。由此形成与板簧151形成为一体的、具有下部电极156、压电体层158以及上部电极157的烧结元件。接下来，在120℃下向下部电极156与上部电极157之间施加100V的电压30分钟，从而使压电体层158极化。

例如可以将板簧151的宽度、长度、厚度设定成如下：宽度12.5mm、长度18mm、厚度0.1mm。可以将银－钯浆糊层和压电材料浆糊层的宽度、长度设定成如下：宽度12mm、长度12mm。可以将烧结后的下部电极156和上部电极157的厚度设定为5μm。可以将烧结后的压电体层158的厚度设定为25μm。

压电体层158例如可以利用组成式(1)所示的材料来形成。

Pb_1.015Zr_0.44Ti_0.46(Zn_1/3Nb_2/3)_0.10O_3.015···(1)。

该组成显示出优良的压电特性，利用Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃置换10摩尔％的钛酸锆酸铅(PZT)的B位。Pb组成比为1.015，这大于理想配比(stoichiometry)。该情况下，可如下述那样制作压电材料浆糊。将纯度99.9％以上的氧化铅(PbO)、氧化钛(TiO₂)、氧化锆(ZrO₂)、氧化锌(ZnO)、氧化铌(Nb₂O₅)粉末作为原料，利用固相法制备具有组成式(1)所示的摩尔比的压电材料组成粉末。其中，为了使压电体层的烧结温度低于900℃，使粉末的粒径小于0.5μm。

接下来，制备配合了有机粘合剂与溶媒的有机赋形剂(vehicle)。有机粘合剂例如可以使用选自乙基纤维素树脂、丙烯树脂以及丁缩醛树脂等的至少一种树脂。溶媒例如可以使用α－萜品醇(terpineol)或者丁基卡必醇等。有机粘合剂与溶媒的配合比例如可以为2：8。将有机赋形剂和压电材料组成粉末与适量的磷酸酯类分散剂一起混合并混揉，由此能够得到压电材料浆糊。能够将有机赋形剂与压电材料组成粉末的混合比设定为重量比计的情况下的20：80。混揉时可以使用3台球磨机等。

银－钯浆糊只要使用包含银钯合金粒子的浆糊即可，其中，银钯合金粒子例如含有银90％、钯10％。能够将银钯合金粒子的粒径设为0.9μm左右。

这样得到的压电元件153的压电体层158的表面被施加了例如450MPa左右的压缩应力。其理由如下：PZT系压电材料的从室温到烧成温度900℃为止的平均热膨胀系数在5ppm/K左右，相对于此，耐热性不锈钢板的从室温到烧成温度900℃为止的平均热膨胀系数在12ppm/K左右，即该情况下的平均热膨胀系数比较大。通过研削将压电元件153的上部电极157去除而使压电体层158露出后，利用X线分析法测量压电体层158的露出面上的晶格间隔，由此能够求出压电体层158表面的剩余应力。测量剩余应力时，例如能够利用当X射线的入射方向与射出方向之间的角度2θ在38°左右时出现的晶面指数111的峰值。

第一振动系统111和第二振动系统112是能够用如图2所示的振动模型表示的多重自由度振动系统。其中，在图2中，m₁表示第一质量部件132的质量，m₂表示第二质量部件152的质量，k₁表示弹性部件131的弹簧常数，k₂表示板簧151的弹簧常数，x₁表示第一质量部件132的位移量，x₂表示第二质量部件152的位移量，F₀sin2πft表示从振动部件101输入到振动发电装置100的振动载荷。

在这样的多重自由度振动系统中，在第一振动系统111单体的机械式谐振频率f_r1与第二振动系统112单体的机械式谐振频率f_r2之差充分小而两者大致相等的情况下，能够使第一振动系统111中的振动与第二振动系统112中的振动相互传递而处于复合振动状态。在此，谐振频率f_r1与f_r2大致相等，是指：f_r1与f_r2之差在f_r1的±15％以下，优选在f_r1的±10％以下，更优选在f_r1的±5％以下。

在从振动部件101输入的振动的频率和大小相同的情况下，通过使第一振动系统111与第二振动系统112处于复合振动状态，能够使第二质量部件152的位移量x₂大于只有第二振动系统112的情况下的第二质量部件152的位移量x₂。此外，在从振动部件101输入了频率自第二振动系统112单体的机械式谐振频率f_r2偏离的振动的情况下，也能够使第二质量部件152的位移较大，从而能够加宽得到较大输出功率的带宽。

另外，还可以在上述范围内将第一振动系统111的谐振频率f_r1与第二振动系统112的谐振频率f_r2设定成互相不同的值。

图3示出组合了将f_r1设定成45Hz的第一振动系统111和将f_r2设定成44.8Hz的第二振动系统112来构成的振动发电装置100的发电特性以及只有将f_r2设定成44.8Hz的第二振动系统112的情况下的发电特性。图3中，用实线表示振动发电装置100的发电特性，用虚线表示只有第二振动系统112的情况下的发电特性。

利用励振器向将第一振动系统111与第二振动系统112组合而成的振动发电装置100以及只有第二振动系统112的发电装置输入振动，并检测引线159两端的电压V_rms，来得出发电特性。输出功率P用V_rms ²/R计算出。R为连接在引线159之间的电阻，其电阻值为100kΩ。利用励振器输入的振动的加速度为0.1G。

第一振动系统111中的弹性部件131使用纵向长度4cm、横向长度3cm、厚度0.5cm的橡胶弹性体。第一质量部件132的质量为200g。当振动加速度为0.1G、频率为45Hz的情况下，在只有第一振动系统111时的谐振响应倍率为6.84。第一振动系统111的谐振响应倍率是指：利用励振器将规定频率的振动输入至第一振动系统111，并利用激光位移计测量励振器的振动位移和第一振动系统111的振动位移，将第一振动系统111的振动位移与励振器的振动位移的比值用作谐振响应倍率。第一质量部件132的质量与只有第一振动系统111的情况下的谐振响应倍率的乘积为1368。

另外，弹性部件131亦即橡胶弹性体可以使用天然橡胶、合成橡胶、或者天然橡胶与合成橡胶的混合橡胶。合成橡胶的例子有：苯乙烯-丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁橡胶、异丁烯－异戊二烯橡胶、氯化－异丁烯－异戊二烯橡胶、丙烯腈－丁二烯橡胶、氢化－丙烯腈－丁二烯橡胶、三元乙丙橡胶(EPDM)、乙烯丙烯橡胶、丙烯酸酯橡胶以及硅酮橡胶等。

第二振动系统112包括：形成有压电元件153且宽度为12.5mm、长度为18mm、厚度为0.1mm的板簧151；以及安装在其表面上的第二质量部件152。利用之前示例性地说明的方法形成压电元件153。压电体层158使用组成式(1)所示的材料，并使压电体层158的宽度为12mm、长度为12mm且烧成后的厚度为30μm。以f_r2变成44.8Hz的方式调整第二质量部件152的质量，结果第二质量部件152的质量达到了9.8g。第一质量部件132的质量在第二质量部件152的质量的20倍以上，是充分大的值。此外，该情况下只有第二振动系统112时的谐振响应倍率(放大率)为30.5。因此，第二质量部件152的质量与只有第二振动系统112的情况下的谐振响应倍率的乘积为299，这是第一质量部件132的质量与只有第一振动系统111的情况下的谐振响应倍率的乘积的0.22倍，即充分小的值。

如图3中的虚线所示，在只有第二振动系统112的情况下，f_r2为44.8Hz时得到的功率为215μW。得到100μW以上的输出功率的范围为1.8Hz。在图3中用实线表示的将第一振动系统111与第二振动系统112组合的情况下，出现了第一峰值和第二峰值。输出功率达到最大值时的第一峰值的频率为41.8Hz，其值为510μW。并且，第二峰值的频率为50.1Hz，得到的功率为259μW。得到100μW以上功率的范围ΔF100为13.9Hz。得到100μW以上功率的范围的中心频率F100为46.3Hz。

对将f_r1为45Hz的第一振动系统111和f_r2不相等的各种第二振动系统112组合而得的振动发电装置进行了发电特性的测量。通过调整第二质量部件152的质量和安装位置来使f_r2变化。在此使用的最重的第二质量部件152的质量为15.0g，第一质量部件132的质量为第二质量部件152的质量的13.3倍，即充分大的值。此外，在只有第二振动系统的情况下的最大谐振响应倍率为38.2，质量与谐振响应倍率的乘积的最大值为402，这是第一质量部件132的质量与只有第一振动系统111的情况下的谐振响应倍率的乘积的0.29倍，即充分小的值。将用于测量的装置的f_r2和发电特性等集中在表1中示出。当f_r1和f_r2满足|f_r1－f_r2|/f_r1≦0.1这样的条件的情况下，即当f_r2在f_r1的90％以上110％以下的情况下，能够使获得100μW以上的输出功率的范围ΔF100在10Hz以上。

【表1】

图4中图示了将第一振动系统111和第二振动系统112组合而得的振动发电装置的发电特性，其中，第一振动系统111的第一质量部件132的质量为300g、f_r1为38.1Hz、谐振响应倍率为7.06倍，第二振动系统112的第二质量部件152的质量为10.5g、f_r2为38.3Hz、谐振响应倍率为25倍。其中，第一质量部件132的质量与只有第一振动系统111的情况下的谐振响应倍率的乘积为2118。第二质量部件152的质量与只有第二振动系统112的情况下的谐振响应倍率的乘积为263。两者的比值为0.12，即充分小的值。

如图4中的虚线所示，在只有第二振动系统112的情况下，f_r2为38.3Hz时得到的功率为208μW。并且，得到100μW以上功率的范围ΔF100为2.1Hz。在图4中用实线表示的、将第一振动系统111与第二振动系统112组合的情况下，在34.9Hz下输出功率最大，该值为583μW。此外，在41.8Hz下也出现了峰值，得到的功率为442μW。得到100μW以上功率的范围ΔF100为12.4Hz。得到100μW以上功率的范围的中心频率F100为38.5Hz。

通过使第一振动系统111的固有谐振频率f_r1和第二振动系统112的固有谐振频率f_r2中的至少一个变化，能够使获得最大功率的频率变化。此外，还能够使获得100μW以上功率的频率的范围ΔF100变化。能够通过使第一质量部件132的质量变化来调整f_r1。第一质量部件132的质量可通过改变大小或材质来予以改变。此外，例如还能够通过将调整用质量部件安装在第一质量部件132上来使第一质量部件132的质量变化。能够通过使第二质量部件152的质量和安装位置中的至少一个变化来调整f_r2。

另一方面，在第二振动系统112的谐振响应倍率与第一振动系统111的谐振响应倍率大致相等的情况下，或者第一振动系统111的谐振响应倍率大于第二振动系统112的谐振响应倍率的情况下，具有如图5所示的两个尖锐的峰值，并且呈现出在峰值间的频率范围中输出功率变小的输出功率－频率特性。因此，得到100μW以上功率的频率的范围ΔF100是不连续的。此外，即使在第二振动系统112的谐振响应倍率大于第一振动系统111的谐振响应倍率的情况下，当第一质量部件132的质量过小或者第二质量部件152的质量过大时，也产生与上述现象相同的现象。这是由于第一质量部件132的质量与第一振动系统112的谐振响应倍率的乘积小于第二质量部件152的质量与第二振动系统112的谐振响应倍率的乘积之故。

在本实施方式中，对得到100μW以上功率的范围进行了说明，然而输出功率根据所输入的振动的大小和振动发电装置的大小而变化。并且，所需的电能根据由振动发电装置驱动的电路而变化。因此，100μW以上这样的输出功率是一个大致标准，振动发电装置的发电范围可根据实际的设置条件和使用条件来设定。

本实施方式的振动发电装置尤其在与振动频率变化的振动部件组合使用的情况下有用。例如，能够将本实施方式的振动发电装置安装在振动频率根据清洗物量等而变化的洗衣机、振动频率根据制冷机的工作状态等而变化的冰箱、振动频率根据行驶状态和路面状态等而变化的汽车等中。

此外，即使不与传感器等组合使用，本实施方式的振动发电装置也能够用作各种装置和设备等的监控器。例如，如图6所示，通过将利用规定频率范围的振动来发电的振动发电装置201和无线模块202组合，能够实现振动监视装置200。通过将振动发电装置201发电的频率范围设为装置203正常工作时产生的振动的范围，能够对装置203的正常工作进行监视。在该情况下，当装置203正常运转时，由于因振动而发电，所以发送信号。另一方面，在产生异常而振动的频率偏离了正常范围的情况下，不发电或者输出功率降低，因而不发送信号。

能够利用接收机接收从振动监视装置200发送出的信号。如果能够用100μW左右的功率驱动无线模块，则在没有障碍物的情况下能够在相隔100m左右的位置上设置接收机。另外，还可以构成为用有线方式发送信号。

由于在以往的振动发电装置中得到100μW以上功率的范围仅为数赫兹(Hz)，所以只要振动的频率稍微偏离，信号就会停止。然而，由于在本实施方式的振动发电装置中得到100μW以上功率的范围达到10Hz以上，所以能够覆盖正常运转状态下的振动范围。

可以连续地发送信号，也可以以规定时刻发送信号。此外，还可以对所发送的信号增加模块编号或位置信息等数据。这样一来，能够同时管理多个装置等。此外，还能够将多个振动发电装置安装在一个装置等上。在将多个振动发电装置安装在一个装置等上时，能够安装发电频率范围不同的振动发电装置。在装置较大等情况下，有时存在振动频率根据部位而不同的情况。通过安装发电频率范围不同的振动发电装置，能够对每个部位进行监视。此外，在振动的频率范围较广的情况下，能够安装偏离了发电频率范围的多个振动发电装置。不仅增加振动的信息，还可以增加振动部件亦即装置的电源的开(ON)、关(OFF)等信息。这样一来，能够容易地判定装置的正常停止所引起的信号停止。

虽然示出了将进行发电的频率范围用作装置正常工作的情况下的频率范围的例子，然而还可以用作装置发生了异常的情况下的频率范围。在该情况下，发送装置发生了异常时的信号。此外，还可以设置当正常工作的情况下的频率范围下发电的振动发电装置和当发生了异常的情况下的频率范围下发电的振动发电装置。此外，当具有振动频率不同的多个运转状态的装置的情况下，还能够设置多个振动发电装置，以便与各个运转状态对应。

振动监视装置还可以安装在发生振动的机器、装置、设备以及建筑物等任何物体上。例如，振动监视装置能够监视具有电动机或者发动机等的机器、装置或设备等的振动。具体而言，振动监视装置能够监视压缩机、泵、风扇、冰箱、洗衣机、吸尘器、空调以及汽车等的振动。此外，振动监视装置还能够监视桥梁或者道路等建筑物的振动。

在汽车中，例如通过安装于车身等而能够检测整体振动。此外，通过安装于发动机、轴等各构成零件上，还能够对每个构成零件进行监视。通过监视还能够预测装置整体或者各零件的寿命。例如，通过安装在消声器上，能够预测消声器的脱落等。此外，检测由较大冲击所引起的振动，从而还能够检测是否发生碰撞事故等。此外，还可以与对振动以外的特性进行检测的传感器组合使用。例如，通过安装在轮胎或者轴上，能够检测轮胎的异常。在该情况下，还能够分别监视气压或者温度等之后与这些信息组合使用。气压传感器或者温度传感器等还可以被振动发电装置驱动。

在本实施方式的振动发电装置中，还可以分别经由弹簧部件将三个以上的质量部件以串联方式弹性连结，从而构成三重自由度以上的多重自由度振动系统。根据该方式，能够针对更广的频带的振动输入而得到较高的发电效率。另外，在采用三重自由度以上的多重自由度振动系统的情况下，还可以选择互相弹性连结的两个质量部件，并仅在这些质量部件之间设置发电元件。此外，还能够在相邻布置且相互弹性连结的多组质量部件之间分别设置发电元件。

此外，例如，还能够经由并联设置且互相独立的两个以上第二弹簧部件分别将两个以上第二质量部件弹性连结在第一质量部件上，来构成发电装置的多重自由度振动系统。根据该方式，由于构成多个第二振动系统，因此使这些第二振动系统单体的机械式固有频率互不相同，来对更广的频带的振动输入实现有效的发电，或者，使第二振动系统单体的机械式固有频率彼此相同，来对特定频带的振动输入实现发电效率的提高。

此外，还可以使用电致伸缩元件或者磁致伸缩元件等发电元件来代替压电元件。还能够采用使用了驻极体或者电磁方式等的发电结构，其中，上述电磁方式是指使用了正交磁通量随时间的变化的电磁方式。虽然示出了在第二振动系统中使用板簧的例子，但是还能够使用盘簧、橡胶弹性体或者圆柱弹簧等来代替板簧。

－产业实用性－

本发明所涉及的振动发电装置对能够覆盖较广的频带、利用较大范围内的振动而发电的振动发电装置，或者监视较大范围内的振动的振动监视装置及系统等有用。

－符号说明－

100 振动发电装置

101 振动部件

102 粘接部件

110 振动系统

111 第一振动系统

112 第二振动系统

131 弹性部件

132 第一质量部件

132A 盖体

132a 凹部

151 板簧

152 第二质量部件

153 压电元件

154 固定部件

156 下部电极

157 上部电极

158 压电体层

159 引线

200 振动监视装置

201 振动发电装置

202 无线模块

203 装置

Claims

1.一种振动发电装置，其特征在于：

上述振动发电装置包括安装在振动部件上的振动系统，

上述振动系统具有第一振动系统和安装于上述第一振动系统的第二振动系统，

上述第一振动系统包括第一质量部件和将上述第一质量部件弹性连结于上述振动部件的作为块状的橡胶弹性体的弹性部件，

上述第二振动系统包括与压电元件形成为一体的板簧和安装在上述板簧上的第二质量部件，

上述第一振动系统的谐振频率与上述第二振动系统的谐振频率大致相等，

上述第二振动系统的谐振响应倍率大于上述第一振动系统的谐振响应倍率，

上述第一质量部件的质量与上述第一振动系统的谐振响应倍率的乘积大于上述第二质量部件的质量与上述第二振动系统的谐振响应倍率的乘积。

2.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于：

上述第一质量部件的质量在上述第二质量部件的质量的5倍以上。

3.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于：

上述第二振动系统的谐振频率在上述第一振动系统的谐振频率的90％以上110％以下。

4.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于：

上述压电元件包括设置在上述板簧的表面上的压电膜，

压缩应力施加在上述压电膜上。

5.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于：

能够调整上述第二质量部件在上述板簧上的位置。

6.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于：

上述第一振动系统包括安装在上述第一质量部件上的调整用质量部件。

7.一种振动监视装置，其特征在于：包括：

权利要求1-6中任一项权利要求所述的振动发电装置；以及

被上述振动发电装置驱动的信号发送装置。

8.根据权利要求7所述的振动监视装置，其特征在于：

上述振动部件在正常工作时发生第一频带的振动，

上述振动系统的谐振频率在上述第一频带内。

9.根据权利要求7所述的振动监视装置，其特征在于：

上述振动部件在异常时发生第二频带的振动，

上述振动系统的谐振频率在上述第二频带内。

10.一种振动监视系统，其特征在于：

包括多个权利要求7所述的振动监视装置，

上述振动部件具有发生不同频带的振动的多个状态，

多个上述振动监视装置的上述振动系统的谐振频率与上述振动部件的不同状态对应。